JP6672947B2 - 燃料電池、推定方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
したがって、空気が汚染された環境においてはフィルタの劣化が早いにも関わらず、フィルタの交換の報知がなされず、換気に係る空気の流量を確保できない虞がある。また、空気が汚染されていない環境においては、フィルタが劣化していないにもかかわらず、フィルタの交換の報知がなされる虞がある。
本開示の一実施形態に係る燃料電池は、筐体の内部に設けられ、水素及び酸素を反応させて発電する発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路と、該熱媒体流路に設けられたラジエータと、前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部と、前記第1温度測定部及び第2温度測定部が測定した温度に基づいて、前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの冷却能力の推定を行う推定部とを備え、前記推定部は、前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、且つ、前記ラジエータに流入する前記熱媒体の流量が所定の流量である場合、前記推定を行うことを特徴とする。
本開示の一実施形態に係る推定方法は、筐体の内部に設けられ、発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路に設けられたラジエータと、前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部とを備える燃料電池の前記ラジエータの冷却能力を推定する推定方法であって、前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、且つ、前記ラジエータに流入する前記熱媒体の流量が所定の流量である場合、前記第1温度測定部及び第2温度測定部が測定した温度を取得し、取得した温度に基づいて、前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの前記冷却能力を推定することを特徴とする。
本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、筐体の内部に設けられ、発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路に設けられたラジエータと、前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部とを備える燃料電池を制御するコンピュータに、前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、且つ、前記ラジエータに流入する前記熱媒体の流量が所定の流量である場合、前記第1温度測定部及び第2温度測定部が測定した温度を取得し、取得した温度に基づいて前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの冷却能力を推定する処理を実行させることを特徴とする。
(実施の形態1)
負極に、水素供給部200から流入した水素を含む燃料ガスが接触し、正極に空気等の酸素を含む酸化ガスが空気流路3から流入して接触することにより両電極で電気化学反応が生じ、起電力が発生する。この電気化学反応においては、負極側から固体高分子電解質膜を透過してきた水素イオンと酸化ガス中の酸素との反応により水が生じる。
水素供給路2aの一端部はレギュレータ22に、他端部は水素循環路2bのスタック1への水素の入側に接続されている。水素供給路2aには、水素供給部200側から順に、開閉弁23、開閉弁24、逆止弁25が設けられている。
また、プログラム91aが、コンピュータ読み取り可能に記録された可搬式メディアであるCD(Compact Disc)−ROM、DVD(Digital Versatile Disc)−ROM、BD(Blu-ray (登録商標)Disc)、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブ等の記録媒体に記録され、CPU90が記録媒体から、プログラム91aを読み出し、ROM91に記憶させてもよい。
さらに、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから本実施の形態に係るプログラム91aを取得し、ROM91に記憶させることにしてもよい。
制御部9は電池本体100の各構成部、及び水素供給部200の開閉弁21に接続されており、制御部9は各構成部及び開閉弁21の動作を制御する。なお、制御部9と各構成部との接続は、本実施の形態の説明において必要な部分のみ示している。
時計部93は、リアルタイムクロック及びタイマ等を有し、現在時刻及びタイマによる計時時間をCPU90に出力する。
第2熱交換器8で冷却された冷却水は冷却ポンプ40へ戻り、スタック1へ送られる。
発電を行っていない場合、スタック冷却路4の冷却水の温度は環境温度となる。
なお、ボンベ加熱路6を有さずに、スタック1で生じた熱を有する空気を水素供給部200へ送風して、MHボンベ20を加温することにしてもよい。また、MHボンベ20にヒータを設けておき、MHボンベ20を直接ヒータで加温することにしてもよい。
また、ROM91は、燃料電池300の出荷時におけるラジエータ51の冷却能力を出荷時冷却能力P1として記憶している。出荷時冷却能力P1は、以下と同様の方法で推定された冷却能力である。
CPU90は、冷却能力比R1が1.5以上でないと判定した場合(S63:NO)、ファン52の積算駆動時間が期間t4以上であるか否かを判定する(S64)。
また、CPU90は、ファン52の積算駆動時間が期間t4以上でないと判定した場合(S64:NO)、フィルタ101の交換を促す報知を報知部103に行わせて(S66)、処理を終了する。
その後、CPU90は、交換後冷却能力P2をROM91に格納冷却能力P4として記憶させる(S68)。
CPU90は、冷却能力比R2が0.5以下であると判定した場合(S69:YES)、ラジエータ51の清掃又は交換を促す等のラジエータ51に係る報知を行い(S70)、処理を終了する。
CPU90は、冷却能力比R2が0.5以下でないと判定した場合(S69:NO)、冷却能力比R2が0.7以下であるか否かを判定する(S71)。なお、ステップS71において、数値は0.7に限られず、ラジエータ51及びフィルタ101の性能等に応じて設定される。
CPU90は、冷却能力比R3が0.7×(1−t×k)以下でないと判定した場合(S83:NO)、交換ニアフラグをオフにし、また、交換フラグをオフにして(S85)、処理を終了する。
CPU90は、交換ニアフラグがオンでないと判定した場合(S86:NO)、報知部103にラジエータ51による冷却に係る異常を報知させ(S87)、交換ニアフラグをオフにし、また、交換フラグをオンにして(S88)、処理を終了する。
これにより、所定期間内における前記冷却能力の低下量が所定の低下量以上であるか否かを判定することとなる。本実施の形態においては、冷却能力の比により冷却能力の低下量を判断している。なお、前回冷却能力P3と格納冷却能力P4との差を冷却能力の低下量とし、算出した値が所定の低下量以上であるか否かを判定することとしてもよい。
CPU90は、前回のフィルタ101の交換から期間t5が経過していないと判断した場合(S90:NO)、報知部103にラジエータ51による冷却に係る異常を報知させ(S87)、交換ニアフラグをオフにし、また、交換フラグをオンにして(S88)、処理を終了する。
また、冷却能力の比によりフィルタ101の劣化を判断するので、ラジエータ51の性能のばらつきによる影響が少なくなり、フィルタ101の劣化の判断をより良好に行うことができる。
また、ラジエータ51の冷却能力に基づいて所定の閾値を補正することにより、ラジエータ51の使用による能力の低下を考慮して、フィルタ101の劣化の判断を行うことができる。したがって、フィルタ101の劣化の判断の精度を上げることができる。また、空気の汚染の度合いによるラジエータ51の劣化への影響も考慮できる。
実施の形態2においては、実施の形態1と推定実行判断に係るCPU90の処理が異なる。図9は、実施の形態2における推定実行判断に係るCPU90の処理の手順を示すフローチャートである。実施の形態2に係る燃料電池の構成について、実施の形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
実施の形態3においては、実施の形態1とフィルタ101の劣化の判断に係るCPU90の処理が異なる。図10は、実施の形態3におけるフィルタ101の劣化の判断に係るCPU90の処理手順を示すフローチャートである。実施の形態3に係る燃料電池の構成について、実施の形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
CPU90は、実施の形態1と同様、前回冷却能力P3を格納冷却能力P4で除することにより冷却能力比R3を算出する(S121)。
CPU90は、算出した冷却能力比R3及び前回冷却能力比の差を算出し、該差を、前回冷却能力比に係る算出を行った時刻から現在時刻までの経過時間で除することにより、単位時間当たりの冷却能力R3の変化量を算出する(S122)。
CPU90は、冷却能力比R3が0.7×(1−t×k)以下でないと判定した場合(S129:NO)、交換ニアフラグをオフにし、また、交換フラグをオフにする(S131)。その後、CPU90は、現在時刻を時計部93から取得し、ROM91に記憶させ(S128)、処理を終了する。
実施の形態4においては、実施の形態1と交換確認におけるCPU90の処理が異なる。図11は、実施の形態4におけるフィルタ101の劣化の判断に係るCPU90の処理手順を示すフローチャートである。実施の形態4に係る燃料電池の構成について、実施の形態1と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
CPU90は、冷却能力P3が第1能力閾値p以下でないと判定した場合(S141:NO)、冷却能力P3が第2能力閾値q以上であるか否かを判定する(S142)。ここで、p<qである。
CPU90は、冷却能力P3が第2能力閾値q以上であると判定した場合(S142:YES)、現在時刻を記憶させ(S144)、交換ニアフラグをオフにし、交換フラグをオフにして(S145)、処理を終了する。
CPU90は、経過時間がt6以上であると判定した場合(S146:YES)、フィルタ101が劣化していると判断し、交換ニアフラグをオフにし、交換フラグをオンにして(S148)処理を終了する。
4 スタック冷却路(熱媒体流路の一部)
5 ラジエータ通流路(熱媒体流路の一部)
51 ラジエータ
52 ファン
53 第1温度センサ(第1温度測定部)
54 第2温度センサ(第2温度測定部)
90 CPU(推定部、判断部、補正部、第1判定部、第2判定部)
91a プログラム
102 環境温度センサ(第3温度測定部、第4温度測定部)
103 報知部
104 検知部
110 筐体
300 燃料電池
Claims (19)
- 筐体の内部に設けられ、水素及び酸素を反応させて発電する発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路と、
該熱媒体流路に設けられたラジエータと、
前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、
前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、
筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部と、
前記第1温度測定部及び第2温度測定部が測定した温度に基づいて、前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの冷却能力の推定を行う推定部と
を備え、
前記推定部は、前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、前記第1温度測定部から温度を取得した後、前記第2温度測定部から温度を取得し、前記推定を行う
ことを特徴とする燃料電池。 - 前記推定部は、前記ラジエータに流入する前記熱媒体の流量が所定の流量である場合、前記推定を行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
- 筐体の内部に設けられ、水素及び酸素を反応させて発電する発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路と、
該熱媒体流路に設けられたラジエータと、
前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、
前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、
筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部と、
前記第1温度測定部及び第2温度測定部が測定した温度に基づいて、前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの冷却能力の推定を行う推定部と
を備え、
前記推定部は、前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、且つ、前記ラジエータに流入する前記熱媒体の流量が所定の流量である場合、前記推定を行う
ことを特徴とする燃料電池。 - 前記推定部は、前記第1温度測定部から温度を取得した後、前記第2温度測定部から温度を取得し、前記推定を行うことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
- 外気の温度を測定する第3温度測定部を備え、
前記推定部は、
前記第1温度測定部が測定した温度と、前記第3温度測定部が測定した温度との差を算出し、
前記差及び前記熱移動量に基づいて前記冷却能力を推定する
ことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一つに記載の燃料電池。 - 前記推定部が推定した前記冷却能力に基づいて、前記筐体に設けられたフィルタの劣化の判断を行う判断部を備えることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一つに記載の燃料電池。
- 前記判断部は、推定した前記冷却能力を前記ラジエータの冷却能力の初期値により除した値が所定の閾値以下である場合、前記フィルタが劣化していると判断することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池。
- 前記推定部は、前記第1温度測定部が測定した温度と、前記第4温度測定部が測定した温度との差が所定の数値範囲内である場合、前記推定を行うことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一つに記載の燃料電池。
- 前記推定部は、前記第4温度測定部から温度を取得した後、前記第1温度測定部から温度を取得し、前記推定を行うことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一つに記載の燃料電池。
- 前記筐体の内部の換気を行うファンを備え、
前記推定部は、前記ファンの出力が所定の出力である場合、前記推定を行うことを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれか一つに記載の燃料電池。 - 前記筐体の内部の換気を行うファンを備え、
該ファンの駆動時間に応じて前記所定の閾値を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池。 - 前記フィルタの交換を検知する検知部を備え、
前記推定部は、前記検知部が前記フィルタの交換を検知した場合、前記交換後における前記冷却能力を推定し、
前記補正部は、前記推定部が推定した前記交換後における前記冷却能力に基づいて前記所定の閾値を補正することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池。 - 前記フィルタの交換を検知する検知部と、
報知部とを備え、
前記推定部は、前記検知部がフィルタの交換を検知した場合、前記交換後における前記冷却能力を推定し、
前記報知部は、前記交換後における前記冷却能力が所定の下限値以下である場合、所定の報知を行う
ことを特徴とする請求項6、請求項7又は請求項11のいずれか一つに記載の燃料電池。 - 所定期間内における前記冷却能力の低下量が所定の低下量以上である場合、所定の報知を行う報知部を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一つに記載の燃料電池。 - 前記冷却能力が第1能力閾値以下であるか否かを判定する第1判定部と、
前記冷却能力が前記第1能力閾値よりも大きい第2能力閾値以上であるか否かを判定する第2判定部と、
該第2判定部が、前記冷却能力が前記第2能力閾値以上であると判定した時点から、前記第1判定部が、前記冷却能力が前記第1能力閾値以下であると判定した時点までの経過時間が所定の経過時間閾値以下である場合、所定の報知を行う報知部と
を備えることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一つに記載の燃料電池。 - 筐体の内部に設けられ、発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路に設けられたラジエータと、前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部とを備える燃料電池の前記ラジエータの冷却能力を推定する推定方法であって、
前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、前記第1温度測定部から温度を取得した後、前記第2温度測定部から温度を取得し、
取得した温度に基づいて、前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、
算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの前記冷却能力を推定する
ことを特徴とする推定方法。 - 筐体の内部に設けられ、発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路に設けられたラジエータと、前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部とを備える燃料電池の前記ラジエータの冷却能力を推定する推定方法であって、
前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、且つ、前記ラジエータに流入する前記熱媒体の流量が所定の流量である場合、前記第1温度測定部及び第2温度測定部が測定した温度を取得し、
取得した温度に基づいて、前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、
算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの前記冷却能力を推定する
ことを特徴とする推定方法。 - 筐体の内部に設けられ、発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路に設けられたラジエータと、前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部とを備える燃料電池を制御するコンピュータに、
前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、前記第1温度測定部から温度を取得した後、前記第2温度測定部から温度を取得し、
取得した温度に基づいて前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、
算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの冷却能力を推定する
処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 - 筐体の内部に設けられ、発電部を熱媒体の循環により冷却する熱媒体流路に設けられたラジエータと、前記熱媒体流路の前記ラジエータの入側の温度を測定する第1温度測定部と、前記熱媒体流路の前記ラジエータの出側の温度を測定する第2温度測定部と、筐体の内部の温度を測定する第4温度測定部とを備える燃料電池を制御するコンピュータに、
前記第4温度測定部が測定した温度が所定の温度範囲内である場合、且つ、前記ラジエータに流入する前記熱媒体の流量が所定の流量である場合、前記第1温度測定部及び第2温度測定部が測定した温度を取得し、
取得した温度に基づいて前記ラジエータでの前記熱媒体の熱移動量を算出し、
算出した前記熱移動量に基づいて前記ラジエータの冷却能力を推定する
処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
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